1 Das Lehr- und Lernsystem LON-CAPA LearningOnline Network with Computer-Assisted Personalized Approach Gerd Kortemeyer Michigan State University Juni

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Das Lehr- und Lernsystem LON-CAPA

LearningOnline Network with Computer-Assisted Personalized

Approach

Gerd KortemeyerMichigan State University

Juni 2006

Fachhochschule Braunschweig-Wolfenbüttel

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Gliederung

• Teil 1: Geschichte• Teil 2: Aufbau des Systems

Verteilte Inhaltsbibliothek Inhaltszusammenstellung Kursverwaltung

• Teil 3: Übungs- und Prüfungsaufgaben• Teil 4: Effektivität• Teil 5: Ausblick

Teil 1

• Teil 1: Geschichte

Geschichte

• 1992: CAPA (Computer-Assisted Personalized Approach) wird erstmalig in einer Physikvorlesung mit 90 Studierenden eingesetzt.

• Reines Hausübungssystem• Wurde bald an einer Reihe anderer Unis

eingesetzt• Jährliche Konferenzen• “Tauschbörsen”:

Austausch von Übungen

CAPA

Problems

Geschichte

• 1997: LectureOnline

• Hausübungen und Lehrmaterialien

• Gemeinsames Pool von Materialien innerhalb einer Uni

• Werkzeuge zur Inhaltszusammenstellung innerhalb von Kursen

• Andere Unis verwenden das System

Inhalts-bibliothekInhalts-

bibliothek

Kurs-Verwaltung

Kurs-Verwaltung

Inhalts-zusammenstellung

Inhalts-bibliothek

Inhalts-bibliothek

Kurs-Verwaltung

Kurs-Verwaltung

Inhalts-zusammenstellung FTP

Geschichte

• 1999: Zusammenarbeit von CAPA und LectureOnline

• Start des LearningOnline Network with Computer-Assisted Personalized Approach (LON-CAPA)

• 2000: National Science Foundation Information Technology Research Grant

• Investigation of a Model for Online Resource Creation and Sharing in Educational Settings

• 5-Jahres Projekt• 2,1 Millionen Dollar

Geschichte

• Ziele des Projektes: Aufbau einer über Institutionsgrenzen

hinweg nutzbaren Bibliothek wiederverwendbarer Lernobjekte

Entwicklung von Geschäftsprozessen innerhalb des Verbundes

Entwicklung von didaktischen Leitlinien zur Erzeugung effektiver Lernobjekte

Entwicklung von Mechanismen zur Qualitätskontrolle der Lernobjekte

Geschichte

• 2006: Ende des NSF Projektes 40 Schulen 40 Hochschulen 6 Verlagsgesellschaften 150.000 online Resources Über 30.000 Studierende jedes Semester

• Nachhaltigkeit erreicht durch Kommerzielle Ausgründung Gemeinnütziges LON-CAPA Academic

Consortium

Ausgründung

• eduCog, LLC• Gegründet 2005• Stellt heute LON-

CAPA bereit für2 Hochschulen32 Schulen6 Verläge

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LON-CAPA Academic Consortium

• Gründungsmitglieder: Michigan State University und University of Illinois at Urbana-Champaign

• Haben jeweils $200k/Jahr auf fünf Jahre hinaus zur Unterstützung des Projektes garantiert.









Teil 2

• Teil 2: Aufbau des Systemes

Campus A Campus B

Logischer Aufbau

Verteilte Inhaltsbibliotheküber Campusgrenzen hinaus

Inhalts-zusammenstellungs

-werkzeuge


-werkzeuge

KursverwaltungssystemKursverwaltungssystem


-werkzeuge


-werkzeuge


Campus A Campus B

Logischer Aufbau



-werkzeuge

Kursverwaltungssystem


-werkzeuge


Verteilte Inhaltsbibliothek

• Netzwerk von ständig verbundenen Servern

• Aufgeteilt in „Domains“, z.B. „MSU“ oder „FSU“

Entsprechend: Verteilte Rollen

• Verteilte Rollen

• Jeder Server im Netzwerk kann jede Resource für jede Nutzerin in jedem Kurs darstellen

• Systemweite Lastverteilung


“Supermarkt”

• Virtuelles Filesystem• Geordnet nach

Domain Autor Verzeichnisstruktur des

Autors

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• Hausübungs- und Testprobleme

• Verschiedene Optionen, Bilder, Nummern, Graphen, etc

• Gleiches Problem, zwei Studierende

• Mehr dazu später


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• 38.300 HTML/XML Inhaltsseiten • 52.600 Hausübungs- und

Prüfungsprobleme• 49.300 Bilder• 6.600 Inhaltszusammenstellungen• 1,100 Simulationen und Animationen• 500 Filme• Verlagsbibliotheken mit

Aufgabensammlungen zu Textbüchern



• Die URL ist die ID einer Resource• Jeder Rechner im Verbund kann jede

Resource unter ihrer URL auffinden und darstellen

• Replikation Resource näher am Benutzer Unabhängigkeit vom Server des Autors Automatisches Update durch “Subscription”

• Persistant systemweite URL


• Veröffentlichung: Metadaten werden weitestgehend automatisch erzeugt und

abgefragt Server im Verbund werden benachrichtigt Eine neue Version wird erstellt

/res/msu/kortemey/physicslib/oscillation/pendulum.5.problem




• Copyright ist immer beim Autor• Möglichkeiten für Nutzungsrechte:

Kann nur vom Autor verwendet werden Kann nur innerhalb der eigenen Uni verwendet werden; Studierende

sehen das Material nur, wenn es ein Dozent ausgewählt hat Kann systemweit verwendet werden; Studierende sehen das Material

nur, wenn es ein Dozent ausgewählt hat Ist frei (ohne Einloggen) verfügbar Konfigurierbare Rechteverwaltungsdatei (häufig Verlage)

• Unabhängig: XML Quellcode verfügbar oder nicht

• Aufgabensammlungen zu Vorlesungstexten

• Verlage beauftragen Firmen, die Aufgaben in LON-CAPA Format bereitzustellen

• Bibliotheken werden freigeschaltet für Kurse, die diese Texte benutzen

• Keine zusätzlichen Kosten, stattdessen Anreiz für Lehrende, dieses Buch auszuwählen


• Alle Daten (Seiten, Aufgaben, Rechtedateien, Metadaten, Inhaltszusammenstellungen, etc) sind intern in XML oder XHTML dargestellt

• Gesamtsystem: eingebaute Runtime-Umgebung• Keine Kompatibilitätsprobleme, kein Import/Export notwendig• Ein Quellcode, viele Darstellungsziele• Umsetzung von XML nach Darstellung on-the-fly


Quellcode Online

Druck

Konfigurierbare Onlinedarstellung

Als HTML (tth) Als Bild Mit Mathtype-Fonts

Weitgehend Browserkonfigurationbrowserkompatibel Sehr kompatibel notwendig

Geringe Bandbreite Hohe Bandbreite Geringe Bandbreite

Eingebaute Runtimeumgebung: KombinationXML/LaTeX


Druck:HTML->LaTeXPDF Ausgabe

Eingebaute Runtimeumgebung: KombinationXML/LaTeX


Campus A Campus B

Logischer Aufbau



-werkzeuge


-werkzeuge



-werkzeuge


-werkzeuge


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Inhaltszusammenstellung

Schreibt Modul überstatistisches Mittel

Schreibt Modul überstatistische Fehler

Schreibt Modul über Meinungsforschung

Benutzt dies inseinem Kurs


“Supermarkt”

• Einkaufswagen: Resource Assembly Tools


• Verschachtelte Struktur

• Keine festgelegten Granularitäten

• Leute können sich darauf nicht einigen

• Lernobjekte existieren auf jeder Stufe und können auf jeder Stufe wiederverwendet werden


• Inhalts-zusammen-stellung

• Lehrpfads-festlegung


• Das Auffinden von Resources kann schwer sein

• Statische Metadaten häufig nicht vollständig ausgefüllt

• Keine Information über die Qualität der Resources

• Lösung: dynamische Metadaten

Campus A Campus B

Logischer Aufbau



-werkzeuge


-werkzeuge



-werkzeuge


-werkzeuge


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• Statische Metadaten: Dublin Core, IMS• Katalogisierungsunterstützung• Dynamische Metadaten: Verwendungsdaten


• Suchrelevanz


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• Browsing

Campus A Campus B

Logischer Aufbau



-werkzeuge



-werkzeuge


Kursverwaltung

• Übliche Werkzeuge Navigation Diskussionsforen Benotung Kalender usw.

• Nicht allesbesprechen

• Siehe http://www.edutools.info/

Kursverwaltung

Kursverwaltung

• Mittlere Ebene: Inhaltszusammen-stellung

• Navigation wird daraus dynamisch erzeugt

Kursverwaltung

Anbindung an Verwaltungssysteme

Teil 3

• Teil 3: Übungs- und Prüfungsaufgaben

Übungs- und Prüfungsaufgaben

• Natürlich das Übliche: Mehrfachauswahlen Klicke-auf-Bild Zuordnungsaufgaben Rankordnungsaufgaben

• Alles kann mit Medien angereichert werden

Mathematische Aufgaben

• Auswertung symbolischer Ausdrücke

Aufgaben für die Chemie

• Chemische Formeln und Strukturen

Aufgaben für die Physik

• Unterstützung physikalischer Einheiten

Graphen

• Dynamische Erzeugung von Graphen





Nichtautomatische Benotung

Nichtautomatische Benotung

• Einreichen von Dateien aus dem Portfolio

• Mehrere HiWis benoten: Queue

Übungsaufgaben

• Feedback an den Studierenden “mache ich ausreichend Fortschritte?” “was wird erwartet?”

• Feedback an den Lehrenden “wie kommen meine Studiernden voran?” “worauf muss ich in der Vorlesung näher

eingehen und worauf nicht?” Just-In-Time Teaching

(Probleme fällig vor der Vorlesung)

Feedback an den Lehrenden

Feedback to Instructor

Problem Analysis




• Individuelle Nachrichten


Prüfungsaufgaben

Prüfungsaufgaben

Prüfungsaufgaben zur Nachbereitung

Prüfungsaufgaben zur Nachbereitung

Teil 4

• Teil 4: Effektivität

Effektivität

• Übung macht den Meister

• Zeit mit dem Material verbringen

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x5Zeit mit dem Material

Zeit mit dem Material

Akademisches Jahr 2004/2005

Circa 12.600 (Herbst) and 10.800 (Frühling) Studierende an der MSU

100.000 Logins in den ersten 16 Tagen des Semesters

1.000.000 Logins im März, sieben Monate später

Zeit mit dem Material

Prüfungs- und Kursnoten

Vorher/Nachher

Gender Differential

phy231: ohne CAPA

phy232: mit CAPA

Geschlechter-unterschied

Teil 5

• Teil 5: Ausblick

MSU: Usability Testing

• Zusammenarbeit mit dem MSU Usability Lab

• Testet LON-CAPA Usability für Studierende Lehrende Autoren









Symbolische Mathematik

• Integration eines symbolischen Algebrasystems

• Maxima

• Zusammenarbeit mit Fachhochschule Braunschweig/Wolfenbüttel

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Übungen im Hörsaal

Hörsaalnutzung von LON-CAPA

“Next generation clickers”

• Zusammen-arbeit mit Mazur Gruppe an Harvard und Bill Junkin an Erskine College

Importiert, wird gerade korrigiert

Übungen im Hörsaal

Öffentliche Portfolios

• Öffentlicher Zugang zu Portfoliodateien

• Bekanntgabe

Ausblick: RSS, Podcasts, Calendars

• Herunterladen des Kalenders mit Fälligkeitsdaten, etc, nach iCalendar on PDAs, etc.

• Ankündigungen mit RSS• Podcasting von Portfolio

Dateien, Vorlesungsmitschnitten, etc.

• Blogs• “Mobile Learning”





• Direktes Einscannen nach LON-CAPA









Prüfungen im Hörsaal

Ausblick

• 2007 LON-CAPA Conference and Workshop: University of Illinois at Urbana-Champaign





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Anerkennung: Förderung

• Anfänglich an der Michigan State University entwickelt

• Weitere Unterstützung von den Sloan und Mellon Foundations

• Derzeit finanziell unterstützt von Michigan State University und der National Science Foundation, sowie akademischen Partnerinstitutionen

http://www.lon-capa.org/

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